Kv1.5钾离子通道抑制剂抗心房纤颤研究进展*

秦 魏,康秉涛,张 洁,郭 蒙,孙晓莹,田姝薇,曹慧玲,△

1.西安医学院基础与转化医学研究所(陕西省缺血性心血管疾病重点实验室)(西安 710021);2.陕西中医药大学药学院(咸阳 712046)

心脑血管疾病是全球人类首大死因，每年约有1700多万人死于心脑血管疾病，占全球死亡人数的1/3[1]，心律失常是一类严重的心血管疾病，可分为快速型和慢速型，前者包括心房纤颤(Atrial fibrillation,AF)、心房扑动、心室纤颤、心室扑动、早搏、心动过速等，后者包括窦性心动过缓、房室传导阻滞等。AF是常见的室上性快速心律失常，包括阵发性、持续性和永久性三种类型，可单独发病，亦可与其他心血管疾病伴发，如心力衰竭、急性心肌梗死、冠状动脉粥样硬化性心脏病等。AF发生的主要原因是心房电重构，其基本特征是心房肌动作电位时程(Action potential duration,APD)与心房有效不应期(Effective refractory period,ERP)缩短。AF治疗包括导管消融术、外科消融术、电复律与药物治疗。目前临床通过控制心率、心搏节律、抗凝等药物治疗AF，仅能减少AF发作次数与发作时间，很难使其恢复正常窦性节律，治疗效果不理想[2-4]。常用药物胺碘酮、心律平、多非利特因选择性差，存在严重不良反应，可引起更严重的室性心律失常。因此，研发新型抗AF药物十分迫切。Kv1.5钾离子通道主要在心房肌表达，选择性强，可望成为抗AF药物设计的新型高选择性靶标[4]。本文系统综述了Kv1.5钾离子通道在AF发生中的作用、Kv1.5钾离子通道抑制剂在抗AF中的应用与作用机制，以期为抗AF药物研发与临床应用提供参考。

1 Kv1.5钾离子通道与心房纤颤

钾离子通道是生物进化上出现最早的细胞膜离子通道之一，其电流是心肌细胞动作电位形成中除0相去极化外的动作电位复极过程的主要电流。根据分子特点，该离子通道又可分为二次、六次跨膜单孔通道及四次跨膜双孔通道。Kv钾离子通道包括Kv1、Kv2、Kv3、Kv4等亚家族，Kv1.5钾离子通道是一种跨膜糖蛋白，是Kv1亚家族中的一个亚型，由4个结构相同的α亚基组装成同源四聚体，而每一个亚基包含3部分，除去蛋白质C-末端和N-末端，其主体部分是由6个跨膜蛋白分子片段(S1～S6)形成的通道。同一家族的不同亚家族成员也能自组装形成异源四聚体，导致Kv钾离子通道结构和功能的多样性。Kv1.5钾离子通道主要分布在心房，尚未发现在心室中表达，在心房复极与动作电位时程中发挥重要作用[5-8]。

AF是一种室上性快速心律失常，心房无节律的快速折返冲动替代了正常的窦性节律，导致心房过速且不规律的异位搏动。心房电重构是其发生的主要原因，其主要特征是心房肌APD与ERP缩短。参与人类心房肌细胞动作电位复极的外向钾离子电流主要包括四种：瞬时外向钾电流(ITo)、内向整流钾电流(IK1)、乙酰胆碱敏感钾电流(IKACh)与延迟整流钾电流(IK),IK依据通道动力学不同分为慢激活(IKs)、快激活(IKr)与超速激活(IKur)外向整流钾电流。IKur特点是激活很快，去极化激活后立刻出现外向电流，失活缓慢，具有电压依赖性，与心房肌细胞动作电位复极的Ⅰ相与Ⅱ相密切相关。IKur的分子基础是Kv1.5钾离子通道，受KCNA5基因调控，目前发现Kv1.5钾离子通道只在心房肌表达，尚未发现在心室肌表达，具有高选择性，Kv1.5钾离子通道介导的快速复极是阵发性与持续性AF的病理生理基础，在AF发生中发挥重要作用。Kv1.5钾离子通道可通过调控IKur，延迟钾离子电流，缩短心房肌APD与ERP，引发AF[8-10]。丁绍祥等[2]发现，与对照组相比，AF组大鼠中Kv1.5 mRNA含量与Kv1.5蛋白质光密度值均显著上调。提示Kv1.5钾离子通道电流变化，钾通道蛋白与mRNA表达变化均与心房电重构联系密切。因此，抑制Kv1.5钾离子通道可延长心房肌APD与ERP，改善AF。

研究表明，TGF-β1/Smad/α-actinin-2/Kv1.5通路参与风湿性心脏病AF的发生与进程。其中，α-actinin-2与CVF、TGF-β1、Kv1.5钾离子通道表达呈正相关，提示α-actinin-2调控Kv1.5钾离子通道参与心肌电重构，可调控TGF-β1/Smad介导与纤维化相关的结构重构、调控AF[11]。研究[12]发现，阻断Kv1.5钾离子通道会影响缝隙连接蛋白40(Cx40)表达水平。张珂等[13]发现特异性阻断Kv1.5钾离子通道，AF组心房肌细胞中Cx40表达水平显著上调(P<0.01)。同时发现，风湿性心脏瓣膜病合并AF患者的DNA甲基转移酶3A(DNMT3A)与Kv1.5蛋白表达呈现明显负相关，揭示DNMT3A可能参与调控Kv1.5钾离子通道的表达，影响AF[14]。

2 Kv1.5钾离子通道抑制剂的抗AF作用

AF包括阵发性、持续性、永久性三种类型。阵发性AF，特点为AF持续时间低于48 h，7 d 内或可自行转复为窦性心律，可反复发作；持续性AF，特点为AF持续时间超过48 h，需药物转复，或电转复；永久性AF，特点是AF不能转复或转复后24 h内即复发[8-10]。Kv1.5钾离子通道抑制剂可特异性地作用于心房肌细胞上的Kv1.5钾离子通道，从而导致类似于Ⅲ类抗心律失常药物的效果。Kv1.5钾离子通道抑制剂对三种不同类型AF均有一定治疗作用，其作用机制包括延长心肌APD和ERP[5-8]。

2.1 维纳卡兰：维纳卡兰是由Cardiome和Astellas合作研发的新型抗AF药物，2009年，维纳卡兰完成了AVRO试验，欧洲药品管理局于2011年批准维纳卡兰可用于早期AF转复，是首个批准上市的用于治疗AF的Kv1.5钾离子通道抑制剂类药物，临床上可用于7 d内非外科新发AF或3 d内外科手术后新发AF的治疗[15]。维纳卡兰对阵发性AF转复率较高，而对持续性或永久性AF的治疗效果尚不理想。纳卡兰终止48 h内新发AF有效率可达52.2%，对持续AF转复有效率为8.2%，其终止AF所需平均时间为11 min[8]。该药物作为Kv1.5钾离子通道抑制剂，可延长心房肌ERP与心房肌电传导，但不会造成心房肌电生理特性改变，从而避免了致命性心律失常发生，安全性优于胺碘酮[8,15]。

2.2 8-羟基松脂醇苷：8-羟基松脂醇苷是从缬草中提取的单体化合物，方颖等[16]发现在人胚胎肾上皮细胞(HEK293)中表达Kv1.5钾离子通道蛋白，采用膜片钳检测8-羟基松脂醇苷对Kv1.5钾离子通道电流的影响。研究表明，该化合物对HEK293细胞Kv1.5钾离子通道电流具有浓度依赖性抑制作用，10 μmol/L与30 μmol/L化合物抑制率分别为28.5%与37.1%。且此抑制作用具有可逆性，即该化合物对HEK细胞Kv1.5钾离子通道电流的抑制作用，洗脱后细胞电流基本恢复正常，表明在一定浓度范围内，该药物具有较好安全性。8-羟基松脂醇苷可通过抑制Kv1.5钾离子通道电流，延长心肌ERP，发挥抗AF作用。

2.3 丹参酮Ⅱ-A磺酸钠：丹参酮Ⅱ-A磺酸钠可影响大鼠心房肌细胞中Kv1.5钾离子通道表达。刘维琴等[17]采用氯化钙-乙酰胆碱混合液，构建大鼠AF模型，测定丹参酮Ⅱ-A磺酸钠对心房肌细胞中Kv1.5钾离子通道表达与心房肌细胞超微结构的影响。结果表明，模型组大鼠心房肌细胞中 Kv1.5基因表达显著下调(P<0.05)，且伴随心房肌细胞超微结构损伤。丹参酮Ⅱ-A磺酸钠治疗组可显著上调Kv1.5基因表达水平(P<0.05)，改善心肌细胞形态，改善心房肌细胞超微结构损伤，影响心房电重构，延长APD与ERP，预防和治疗AF。同时，在临床治疗中，丹参酮Ⅱ-A磺酸钠与胺碘酮协同使用，可显著改善AF，也可减轻胺碘酮单一治疗房颤所造成的毒副作用[17-18]。

2.4 乌头碱：乌头碱是一种强效非选择性钾通道抑制剂，常用于心律失常动物造模。李宜富[19]利用双电级电压钳技术，测量了表达在非洲爪蟾卵母细胞上Kv1.5钾离子通道的电流，同时利用丙氨酸突变技术，构建了hERG和Kv1.5钾离子通道蛋白基因突变型，研究比较了乌头碱对野生型和突变型Kv1.5钾离子通道抑制作用。结果表明，乌头碱可以时间依赖性和电压依赖性的双重方式实现卵母细胞上Kv1.5钾离子通道的阻断作用[IC50(0.796±0.123) μmol/L;Hill系数(0.280±0.020)]，且抑制效应亦呈现浓度依赖性。但乌头碱对突变型Kv1.5钾离子通道蛋白(V505A、I508A、V512A)的抑制作用明显下降(与野生型相比，IC50值分别增加21，1199和1150倍)。

2.5 其他Kv1.5钾离子通道抑制剂：一些新型Kv1.5钾离子通道抑制剂有望成为治疗持续性或永久性AF的优选药物：①Kv1.5钾离子通道抑制剂S9947可显著抑制Kv1.5钾离子通道和心房IKur，其半效抑制浓度分别为0.42 μmol/L和0.07 μmol/L，通过抑制Kv1.5钾离子通道，延长APD与ERP，改善AF。②Kv1.5钾离子通道抑制剂AVE0118是IKur与ITo电流早期复极的抑制剂，可抑制Kv1.5钾离子通道电流，延长APD与ERP，增强心房收缩，促使AF转复；AVE0118可延长山羊心房APD与ERP，增强心肌收缩力，可使山羊持续性AF转复率提高至63%，且不引发严重室性心律失常。③Kv1.5钾离子通道抑制剂AZD7009可延长APD90和ERP，可用于持续性AF转复。④对于永久性AF治疗主要以控制心室频率为主，Kv1.5钾离子通道抑制剂MK-0448、XEN-Do103可使永久性AF患者右心房小梁APD90与ERP延长，对永久性AF有一定治疗作用[4,8-10,15]。

3 结 语

AF是严重的心血管疾病，临床已有药物因缺乏选择性，导致治疗效果不理想，不良反应较大，易诱发更为严重的室性心律失常。Kv1.5钾离子通道主要在心房肌细胞表达，具有较高选择性，Kv1.5钾离子通道抑制剂可望成为理想的抗AF药物，通过延长APD与ERP，治疗AF，降低发生严重室性心律失常的概率。因此，Kv1.5钾离子通道抑制剂研究一直倍受关注。钾离子通道检测主要依靠荧光技术，包括了小分子荧光探针、量子点技术和荧光蛋白技术。与传统检测手段相比，小分子荧光探针具有体积小、设备简单以及膜透过性好等优势，其不仅可以检测活体生物靶点而且还能提供相关靶点的动态信息[20]。但是，目前Kv1.5钾离子通道的晶体结构尚未解析，阻碍了Kv1.5钾离子通道抑制剂设计与进一步结构优化，同时Kv1.5钾离子通道抑制剂抗AF的分子作用机制有待进一步探究。相信随着Kv1.5钾离子通道晶体结构的解析，Kv1.5钾离子通道抑制剂抗AF分子作用机制的深入阐释，Kv1.5钾离子通道抑制剂必将在AF治疗领域具有更广阔的应用前景。